FPGA设计中跨时钟域信号同步方法

随着FPGA系统设计的复杂化,系统内部的各个功能模块往往需要工作在不同频率的异步时钟域中,因此系统内核心功能模块与外设的通信设计无法避免地会涉及到跨时钟域的数据与信号的传递问题。尽管跨时钟域的同步问题并不属于FPGA系统设计领域的新问题,但是随着多时钟域系统的常见化和复杂化,使得跨时钟域同步这一要求具备了新的重要意义。在对跨时钟域设计中容易出现的亚稳态现象及其造成的影响进行简要概述与分析的基础上,为了减小亚稳态发生的概率和降低系统对亚稳态错误的敏感程度,提出了四种跨时钟域同步的解决方案,较为详细地阐述了设计方案,对设计进行了评估与分析,并给出了优化设计。     

基于 FPGA 的 DVI 视频接收器设计

针对目前 DVI 视频传输的大规模应用,给出了一个符合 DVI1.0规范的基于 Xilinx Virtex-5 FPGA的 DVI视频接收器的实现方法.该方法利用简单的电阻电容和 FPGA内置数字控制阻抗(DCI)功能来实现TMDS电平的转换,利用 FPGA 内置的 DDR 和 ISERDES 实现 DVI 数据的串并转换,利用 FPGA 内置时钟资源实现时钟恢复和相位调整,最后经过逻辑解码,输出并行带同步信号的视频数据     

激光跟踪仪角度采集系统设计及误差修正研究

高精度的角度采集和测量是激光跟踪仪实现跟踪和精密测量的关键。针对激光跟踪仪中采用的圆光栅编码器,本文介绍了一种基于FPGA的数据采集系统的设计与实现方法。该采集系统分为滤波、计数、通信三大模块。数字滤波模块用于消除跟踪控制过程中跟踪头振动、抖动产生的信号干扰;计数模块实现方波脉冲的倍频、辨向及计数;通信模块实现跨时钟域的数据传输。系统通过Modelsim仿真及实验测试验证了方法的可行性与可靠性。采用谐波分析方法对角度误差进行了修正,测量误差由3.5″降低到1.5″。本文设计的角度采集系统及谐波分析误差修正方法具有一定的通用性,可广泛应用于相关领域。     

基于软件无线电的机会信号实时盲分离系统

在复杂的电磁环境中,往往存在多种频率交叠的机会信号,为利用机会信号进行定位增加了难度。针对这个问题,提出了一种基于软件无线电的机会信号实时盲分离系统。系统的硬件部分是在FPGA中实现等变自适应盲分离算法的,实现了AD采集后的复数域混合信号的分离。分离后的信号通过USB3.0数据线上传到上位机中进行存储、识别和实时显示。算法的FPGA实现采用流水线架构和浮点运算设计来提高信号的实时处理能力和数据计算精度。实测结果表明,该系统能够实时分离多路复数域混合机会信号。     

基于时间触发架构的系统通信设计应用研究

本文详细介绍了基于时间触发架构的应用系统通信模型设计方法：结合某型飞机综合数据管理系统（IDMS）应用功能的通信需求,利用“PDevelopmentCluster系统设计工具,构建基于时间触发协议（TTP）的IDMS通信系统仿真模型。TTP精确的全局时钟同步可以为系统提供精确的时钟和单元之间的精确同步,协议的容错机制为...     

基于LAS码的星群多目标测控技术研究

针对星群多目标同时测控问题,基于星群轨道根数的时延特性和多普勒频移特性分析可得,星群多目标测控的上行链路遥控与测距信号可实现S CDMA（Synchronous Code Division Multiple Access,同步码分多址）,由于星间距离较小,下行链路遥测与测距信号满足QS CDMA（Quasi synchronous code division multiple access,准同步码分多址）.上行链路遥控和测距信号形式设计为PCM BPSK CDMA（Pulse Code Modulation Binary Phase Shift Keying Code Division Multiple Access,脉冲编码调制二进制相移键控码分多址）,上行链路信号采用Gold序列扩频;下行链路遥测和测距信号形式设计为PCM BPSK CDMA,根据总的时延差,提出下行链路采用基于等长脉冲间隔法构造的LAS（Large Area Synchronous,大区域同步）码扩频.结果表明：比特信噪比Eb/N0为10.5 dB时,遥控误码率为1＆#215;10 6;Eb/N0为9.6 dB时,遥测误码率为1×10^5——与达到相同误码性能的Gold序列相比有1 dB改善,因此,LAS码相比于Gold码能够获得更好的误码性能.     

基于TTE端系统的时钟同步设计与实现

随着航空电子体系架构的日益更新,航空机载总线技术得到了飞速发展.时间触发以太网作为新一代的航空总线适合在分布式综合模块化电子系统中应用.时钟同步机制是该网络的核心技术,通过该技术建立的高精度全局同步时钟是保障TTE的数据通信强实时性和确定性的先决条件.本文在分析研究TTE时钟同步算法的基础上,提出了符合SAE AS6802协议标准的TTE端系统的时钟同步机制的设计方案,并在FPGA硬件上得以实现.     

基于同步双口SRAM的原子磁强计磁共振相位提取系统设计

针对原子磁强计磁共振激励信号相位提取过程中,数据量大、实时性强、同步要求高等特点,设计了一种基于同步双口SRAM的磁共振相位信息提取系统。首先利用FPGA控制高速同步采样AD进行数据转换;然后经同步双口SRAM实现数据的高速缓存和同步读写;最后由DSP经外部中断触发定时读取缓存的数据,并进行数字锁相处理,提取相位信息。实验结果表明:该系统对频率为35~350kHz之间的正弦信号相位提取稳定度达到0.006°,满足原子磁强计静态噪声小于20pT的应用要求。     

基于PCI总线的LXI B类接口模块设计

介绍了在LXI C类接口模块的基础上,设计的基于PCI总线的LXI B类接口模块。重点解决了基于IEEE1588协议的LXI精密时钟同步技术。在模块设计中采用了FPGA对时间信息加盖时戳和直接获取网络数据包的方法,以提高系统的定时精度。该模块可以与传统仪器组合,构成低成本、高性能的LXI仪器。     

基于自适应的变形式陆空机器人转域过程飞行控制

针对一种变形式四旋翼陆空两栖机器人，研究空陆转域飞行控制方法，为实现陆空机器人从空中到地面的连续机动奠定了基础。建立了等效于变形式四旋翼陆空两栖机器人的飞行及转域系统结构模型和动力学模型，针对转域变形过程中转动惯量的改变及复杂飞行环境中负载变化和机体质量受损问题，在设计了基于线性二次型调节器（LQR）算法的姿态控制器和基于比例-积分-微分（PID）算法的高度控制器基础上，设计加入模型参考自适应系统（MRACS）解决模型参数不确定性问题。利用Adams/MATLAB联合仿真，首先得到空陆转域变形角度的极限值，然后对比仿真有无自适应补偿器的控制效果验证了该控制方法的高效性。研制了转域飞行样机，对空陆转域变形角度极限值和飞行控制方法进行了试验验证。     

双向比对高精度物理时间同步方法

提出一种面向未来卫星在轨应用的闭环物理高精度时间同步方法。比较了所提方法与其他时间同步方法的区别与优势，建立了远程系统时间同步基本模型与误差传递模型，基于双向测距和时间传递技术分析了高精度钟差获取原理，给出了时钟调整环路的时域频域参数依赖关系。完成了高精度时间同步地面试验系统构建，测试了开环非调钟状态下钟差测量精度误差、闭环调钟状态下时间同步准确度误差以及长时运行情况下的时间同步监测结果。测试结果表明，该方法能够实现优于1 ns量级的时间同步，为高精度时间同步技术研究提供了新的途径。     

异地遥测对接可行性探究

针对现有飞行器测控系统遥测对接试验周期长、效率低的不足,提出一种异地遥测对接方法.通过构建异地遥测对接系统结构,得到异地遥测对接信号链路模型.基于系统时钟抖动的频率、相位和采样时间表达形式,对异地遥测对接链路中的信号进行了具体推导.在此基础上,从频率和相位2个方面,定量分析了系统时钟抖动对异地遥测对接信号相参性的影响.分析结果表明：对于Ka频段信号,当应答机端异地遥测对接系统的时钟短期频率稳定度优于1×10^-11时,异地遥测对接系统引入的频率抖动△f≤0.6 Hz,相位抖动△φ≤0.075 rad,可认为异地遥测对接信号的相参性不受影响,异地遥测对接可行.     

基于层次分析法的直扩信号安全性能评估模型

在综合直扩信号风险分析、截获方法的基础上，率先对直扩信号安全性能评估模型进行了研究，建立了基于AHP（AnalyticHierarchyProcess，层次分析法）的直扩信号安全性能评估模型，详细给出了直扩信号安全指数的计算过程，并对多种直扩信号的安全指数进行了仿真。仿真结果袁明：评估方法有效；提出的模型可以定量评价不同直扩信号的安全性能，为直扩信号的安全性设计提供定量的依据。此外，还提出了卫星测控直扩信号的安全等级分类原则和卫星安全等级要求。     

Comparison of Bit Synchronization Schemes Using AM and Summed Clocks

This paper considers bit synchronization through the use of a separate clock signal which is either amplitude modulated onto or summed with the data signal. For continuous data transmission, such schemes are known to be inferior, in the sense of efficient use of power, to schemes which derive synchronization directly from the data signal. However, these techniques have application in burst systems such as spacecraft command systems, and in systems where receiver simplicity is more important than power conservation. For systems in which the composite data-clock signal subsequently modulates an RF carrier, it is shown that the summed clock signal performs slightly better than the AM clock signal, and that for both signal types, the optimum allocation of power between data and clock is approximately 9:1.     

基于加权多元线性回归的两步式时间同步算法

时间同步在通信、计算机、测控等网络中是一项重要技术。针对目标时钟在多同步源时的时间同步问题,从统计学中参数估计的角度建模,提出了一种基于WMLR (Weighted Multiple Linear Regression,加权多元线性回归)的两步式时间同步算法。此算法分为粗同步和精同步2个阶段,通过给不同的时间信息加权的方式提高同步精度,并且可以计算不同同步源之间存在的系统误差。结果表明,这一算法通过合理应用来自不同同步源的时间信息,可以提高时间同步的精度及稳定性。由于模型的普遍性,这一基于WMLR的算法也可以应用于其他类似的多源参数估计的场景中。     

数字域谱估计的GNSS系统信号带宽测试方法

针对传统的单载波扫频法不适于GNSS（全球导航卫星系统）信号生成通道的带宽测量的问题,提出了采用数字信号处理的信号带宽方法.对实际导航信号进行高速采样,在数字域对采样的导航信号和本地数字生成的理想导航信号进行频谱估计和计算,从而得到GNSS信号带宽.分别使用周期图法和Welch法谱估计,对提出的测试方法进行仿真.仿真结果表明,采用Welch法进行理想信号和实际信号谱估计,对谱估计后的结果进行计算,可以完成GNSS信号带宽精密测量,在Welch法估计参数设置合理的情况下,GNSS信号带宽估计的准确度可以达到99.9％以上.     

Multi-h CPM遥测信号的定时频率联合估计技术

针对Multi-h CPM（Multi-h Continue Phase Modulation,多指数连续相位调制）遥测接收机的符号定时和载波频率同步问题,在分析MLSD（Maximum-likelihood Sequence Detection,最大似然序列检测）度量值是符号定时偏差和频率偏差的凸函数的基础上,提出一种基于迟/早门和升/降频门的符号定时和频率同步联合估计算法,通过似然值比较,对符号定时偏差和频率偏差进行迭代估计;并对该算法进行仿真,得到不同参数下的同步性能,给出同步参数选择建议.仿真结果表明：将该算法应用到Multi-h CPM遥测系统中,可实现低信噪比信号的快捕和高精度同步.     

基于概率统计的DS/FH系统干扰检测算法

基于时频分布的干扰检测算法是DS/FH（Direct Sequence/Frequency Hopping,直接序列扩频/跳频扩频）系统干扰检测的传统手段,针对其运算量大、实时性差,以及无法检测某些特殊干扰信号等问题,提出一种基于概率统计的干扰检测算法.通过统计DS/FH系统频谱图中各频率的幅值出现位置,以DS/FH信号与干扰信号频谱分布规律的差别为判决依据,完成DS/FH系统中干扰信号的检测.分析和仿真结果表明：该检测算法能够有效识别DS/FH系统中的典型干扰信号,与传统基于时频分布的检测算法相比,能够实现某些特殊干扰信号的有效检测;同时,由于该算法不需要进行复杂的时频联合分析,其运算复杂度大大降低,能够实现DS/FH系统干扰信号的快速检测.     

WAM-FM遥测系统

 根据正交分割理论,现在流行的频率分割制（FDM）和时间分割制（TDM）都属于正交分割的范畴。满足正交条件的信号不仅仅只有频分和时分两种形式。1923年美国数学家沃尔什（WALSH）提出的沃尔什函数就是一种正交完备的函数系。本文在理论上提出了一种以沃尔什函数为基础的序率分割制（SDM）,并以实验证明了新方案是可行的。文中详细地介绍了这种SDM系统的设计思想、方框图、工作原理以及具体实施中的技术问题。实验室研制成的样机是沃尔什调幅——调频制的,称为WAM-FM遥测系统。为了阐明新系统的优越性及其潜力,把它与现行的频分遥测系统作了简单的比较。说明新系统不仅具有一定的学术价值,而且具有一定的实用价值。